夏熱冬冷地區綠色建筑節能規劃設計

　　夏熱冬冷地區建筑設計要結合該地區氣溫氣候的變化，本文提出幾種夏熱冬冷地區建筑節能規劃設計的策略。

　　《建筑管理現代化》是建設部主管，由哈爾濱工業大學、中國建筑業協會管理現代化專業委員會主辦的國家級期刊。創刊于1987年9月，為雙月刊，國內外公開發行。本刊主要報道國內外行業內的新成就、新成果;宣傳報道建筑企業的建立現代企業制度、轉換經營機制的新經驗。本刊全面反映國內行業企業管理中現代高新技術，同時又著眼于進行現代化管理中的現代組織方法和手段的普及和應用。

　　本文從住宅建筑設計的角度出發，研究該區域住宅節能，探討技術上可行，經濟上合理以及社會和環境可以承受的建筑技術措施，對于夏熱冬冷地區住宅實現高舒適度，低能耗的可持續發展的建筑設計目標具有重要的現實意義。

　　1、前言

　　“十二五”節能減排綜合性工作方案提出節能減排約束性指標，到2015年，全國單位GDP能耗比2010年下降16%。其中建筑業發展“十二五”規劃明確了建筑業增長規模年均增長15%，建筑節能目標節能降低10%。

　　隨著經濟發展和生活水平的提高，夏熱冬冷地區為改善人居環境的需要，帶來建筑能耗特別是非工業用電的急劇增加。為了緩解能源緊缺的困境，完成國家規劃的節能目標，夏熱冬冷地區建筑節能勢在必行。建筑節能設計工作成為了整個建筑

　　節能工作推進的重要環節，只有先設計出一個合理有效的建筑節能方案后，才能建成合格的節能建筑。自《夏熱冬冷地區的居住建筑節能設計標準》和《公共建筑節能設計標準》的國家標準頒布實施以來，對夏熱冬冷地區的建筑節能設計經歷從到有的過程，各省市在國家標準的基礎上，按照各地區具體情況，制定了地區標準和實施細則。但由于建筑節能在當前的設計領域屬于一個比較新的項目，大家大多專注于技術問題，而對建筑節能設計中的思想和策略涉及有限。本文從夏熱冬冷地區氣候特點出發，引出建筑節能規劃的一點思路，按區域規劃和建筑單體設計兩部分進行討論，并提出設計的了原則和策略。

　　2、夏熱冬冷地區的氣候特點與現狀

　　夏熱冬冷地區地區主要位于長江流域，主要特點是夏季悶熱，冬季濕冷，夏季最熱月平均溫度30℃～33℃，相對濕度80%左右，冬季最冷月平均氣溫0℃～6℃。同時地區之間存在一定的差異。

　　根據《民用建筑熱工設計規范》,夏熱冬冷地區大致為隴海線以南,南嶺以北,四川盆地以東,大體上是長江中下游地區。回顧該地區歷史,過去夏季無空調,冬季不暖隨著經濟迅速發展,提高室內熱舒適度已經成為人們的普遍追求,夏天用空調,冬季用電暖器等電暖設備已經變成該區的一般做法。這樣一來,原來該地區對建筑保溫隔熱不重視的問題逐漸暴露出來,如果不迅速改變該區圍護結構熱工性能差的局面,建筑用能必將極度浪費。因此,對該區建筑節能的研究極其必要。

　　3、設計總體原則

　　3.1建筑設計層面

　　3.1.1朝向：合理的朝向,對建筑節能意義重大。該地區的最佳朝向為:南—南偏東15°(見圖1)。好的朝向,冬季能最大限度的利用陽光,降低采暖能耗;同時避開冬季主導風向,減少由圍護結構傳熱產生的熱損失。該區的建筑,應該避開東、西最不利朝向,因為夏季該區的太陽輻射強度高,太陽西曬可以讓外墻溫度高達50℃以上,將極度增加空調負荷,導致建筑能耗上升。

　　3.1.2自然通風

　　好的通風環境,有利于降低該區建筑能耗。該地區的過渡季節和冬、夏季部分時間都有開窗通風習慣,一方面可以改善室內空氣品質,另一方面冬季正午可以接收陽光的直接熱輻射;夏季夜晚可以迅速帶走房間白天聚積的熱量。反之,通風不利,可能

　　會延長夏季空調使用時間,增加能耗。利用自然通風的原理可分為兩類:風壓和熱壓(見圖2)。常見的“穿堂風”就是利用風遇到建筑阻礙,在建筑正面形成正壓,側面和背面形成負壓,通過壓力差使建筑內部空氣產生運動。利用風壓原理時,建筑應盡量減小進深以加強通風效果,一般進深宜不大于5H。當建筑外部風環境不夠理想,往往在建筑中設置中庭,利用熱壓原理,即“煙囪效應”,產生垂直方向上的溫度差,進而帶來熱壓力差,形成熱壓通風。實際建筑中,更多的是兩個原理的綜合使用,情況較為復雜,通過相關軟件如Fluent的通風模擬,尋找風壓和熱壓模式的臨界面,分區分層采取通風措施,節能效果將更加突出。

　　3.1.3遮陽

　　該地區由太陽對外窗直射帶來的熱負荷遠遠大于圍護結構的傳熱,故設置有效的遮陽構件對減少夏季建筑能耗有很大幫助。遮陽形式可分為:1)外遮陽:a.水平遮陽板;b.垂直遮陽板;c.水平與垂直遮陽結合;d.擋板式遮陽;e.遮陽百葉;f.遮陽篷。2)內遮陽。3)玻璃自遮陽。根據該地區實際情況,水平遮陽主要使用在南向,因為日出日落時,太陽高度角較小,水平遮陽效果甚微,故東、西向多采用垂直遮陽或者擋板式等。綜合效果,外遮陽好過內遮陽,綜合遮陽好過單一方式遮陽。建議使用活動遮陽構件

　　加玻璃自遮陽,既可以減少夏季陽光的熱輻射,在冬季又能通過調節遮陽構件的角度或者位置爭取最大的日照能量。綜合遮陽效果可以用Shadeplus等軟件進行模擬,確保最佳的遮陽效果。

　　3.2建筑構造層面

　　3.2.1外墻

　　改善圍護結構的熱工性能是最直接節能策略。過去,該地區外墻無保溫措施,室內熱工環境比較惡劣。通過增設保溫層或采用導熱系數小的外墻材料來改善外墻的保溫隔熱性能。按保溫層設置位置,分外保溫和內保溫,一般來說,外保溫效果好于內保

　　溫。經過近幾年的工程實踐,該地區采用聚苯板/聚苯顆粒、聚氨酯的外保溫外墻體系已經達到實用階段,經過測試,與普通磚墻比較,夏季使室內溫度普遍下降4℃~5℃,冬季采暖期室內溫度上升4℃~5℃,而增加的造價也在可接受范圍之內。

　　3.2.2屋頂

　　夏季,在太陽輻射下,該地區水平屋面板的溫度也可以高達50℃,屋面的熱工性能直接影響頂層房間的空調能耗,因此改善屋面的保溫隔熱性能非常必要。具體做法有:1)空氣隔熱層上鋪隔熱板;2)60mm~80mm厚聚氨酯保溫層;3)平頂改成坡頂;4)

　　蓄水屋面;5)種植屋面。當采用屋頂保溫層時,建議采用倒置屋面。同時,還可以在屋頂設置遮陽構件,既豐富了第五立面,又可以降低屋面溫度。

　　3.2.3外窗

　　該地區以普通單層玻璃窗為主的現狀,是建筑節能中的短板。有研究表明,外窗占到建筑能耗的40%左右。究其原因有三:1)窗戶導熱系數過大;2)玻璃自遮陽系數太小;3)窗戶的氣密性差,空氣滲透嚴重。故節能策略應為減小窗扇的傳熱系數和增

　　大遮陽系數以及提高窗的氣密性。中空雙層玻璃、鍍膜玻璃、低輻射(Low-E)玻璃都可以滿足該地區節能要求,對于公建外窗的氣密性還應不低于GB7107建筑外窗氣密性能分級及其檢測方法規定的4級,居住建筑不應低于2級。對于采用玻璃幕墻的建筑,由于窗墻比增大,需相應減小幕墻的傳熱系數,其氣密性不應低于GB/T15225建筑幕墻物理性能分級規定的3級。根據工程實踐,不建議在夏熱冬冷地區使用雙層玻璃幕墻,因為造價提高了很多,但節能效果卻收效甚微。

　　3.3建筑設備層面

　　3.3.1空調采暖

　　鑒于該地區過去制冷、采暖大多為個人行為,居住建筑幾乎沒有集中供暖、供冷的歷史,而且這種狀態可能還要延續下去。提高制冷、采暖設備的工作效率成為唯一可行的辦法。而對于采用集中供暖空調的建筑:1)提高設備效率(COP);2)改善運行管理模式,從管理要效益;3)提高設備末端可調節程度,滿足不同需要,同時避免因過冷、過熱造成的能源浪費;4)合理分區,在建筑方案設計階段把類型相同、熱工要求類似的房間集中布置,減少內耗;5)提倡采用熱、電、冷聯產技術;6)鼓勵采用太陽能、地熱等可再生能源:如水源、地源熱泵空調系統。

　　3.3.2通風

　　如前所述,提倡在該地區采用自然通風。但當自然通風無法實現或者效果不佳時,如商場、電影院等大型公共建筑必須采用自然通風加機械通風或者全機械通風時,提高通風機組(包括新風和排風)的工作效能以及采用熱回收技術(通過對排風中的顯熱或者全熱進行回收,對新風進行預處理)都能節約能源開銷(見圖3)。

　　4、夏熱冬冷地區建筑節能規劃設計的策略

　　氣候是影響建筑設計的一個重要因素，在不同的區域條件下，應有適應的建筑節能策略。針對夏熱冬冷地區氣候的特點，相應的建筑節能方向應該是夏季隔熱，兼顧冬季保溫，全年除濕，空調節能運行以及補充利用太陽能。重點使用的技術有圍護結構的保溫隔熱、外遮陽技術、空調運行的節能技術、通風除濕技術、綠色照明技術、太陽能熱水系統等。

　　4.1低碳生態城市的區域規劃

　　低碳生態城市的建設思路，可以歸納為生態規劃、綠色建設、低碳運行。生態規劃階段需要在最大限度保護環境的前提下，結合當地實際情況制定量化的指導指標，并融入到詳細規劃之中。綠色建設就是建立綠色建筑技術保障，包括評價體系和設計導則。低碳運行，指的是建立實現低碳目標的監督和激勵機制。

　　4.2建筑單體節能策略

　　區域規劃階段后，為滿足建筑單體分解到得節能指標，設計者需要選擇合適的建筑

　　單體節能技術。按生態城綠色建筑思想，就是應該遵循被動優先、主動優化、可再生能源補充、行為節能落實的策略。

　　4.3被動技術優先

　　被動式設計優先就是在設計的過程中最大限度地利用自然環境的潛能，一言以蔽

　　之，就是高效地利用有利的自然資源;并有效地回避不利的自然因素。夏熱冬冷地區氣候比較差，夏季悶熱，冬季濕冷，氣候潮濕，同時太陽輻射夏強冬弱。針對這些不利條件，可選擇做好建筑單體平面設計，圍護結構隔熱保溫，加強自然通風，夏季遮陽等技術。